（机械电子工程专业论文）火电厂袋式除尘设备的机理分析与总体方案设计.pdf

华北电力人学硕十学位沦文 摘要 随着我国对环境保护要求的日渐提高，按照国家新的火电厂大气污染物排放标 准，电除尘设备已不能满足火电厂锅炉烟尘排放浓度的要求。因此，研究和开发适 合火电厂需要的新型除尘设备不仅是电力生产的需要，也是国家对环境保护的要 求，本课题正是针对这种情况提出的。 文中通过对电厂 各种类型袋式除尘设备除尘机理、清灰方式、安全保护措施的 分析研究，针对火电厂 5 0 m w发电机组，设计了结构简单、维护方便的分室定位反 吹袋式除尘设备的初步方案，并对各部分结构进行了优化设计。 烟气进入袋式除尘设备时的分布状况是影响除尘效率和滤袋寿命的关键因素 之一，为了对除尘设备的气流分布板进行合理的设计，使气流分布均匀，本文还专 门对除尘设备进气口处烟气的气流分布进行了深入研究，应用 f l u e n t数值模拟软 件对除尘设备进气口放置气流分布板前后气流的分布状况进行了数值模拟。结果表 明，放置气流分布板后的气流分布情况明显优于未放置之前的情况，气流分布较为 均匀。这一研究成果，可为合理布置气流分布板的位置、孔径和开孔率等提供可靠 依据和最佳设计方案。 关键词:袋式除尘设备，滤料，系统设计，气流分布，数值模拟 华北电力大学硕十学位论文 abs tract t o d a y p e o p l e p a y m o r e a t t e n t i o n t o e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n . a c c o r d i n g t o t h e s t a t e s n e w e m i s s i o n s t a n d a r d o f a i r p o l l u t a n t s f o r t h e r m a l p o w e r p l a n t s , e l e c t r i c d u s t c o l l e c t i n g e q u i p m e n t h a s n t m e t t h e r e q u i r e m e n t f o r t h e b o i l e r s m o k e a n d d u s t l e t - o u t c o n c e n t r a t i o n a n y m o r e . t h e r e f o r e , i t s n o t o n l y t h e n e e d f o r p o w e r p r o d u c t i o n t o s t u d y a n d d e v e l o p n e w - t y p e d u s t c o l l e c t i n g e q u i p m e n t t h a t a d a p t s t o t h e c o a l - f i r e d p o w e r p l a n t , b u t a l s o t h e n e e d f o r e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n . t h e t o p i c i s p u t f o r w a r d i n t h i s s i t u a t i o n . b y s t u d y i n g t h e m e c h a n i s m o f d u s t c o l l e c t i n g , t h e m e t h o d o f c l e a n i n g u p d u s t a n d m e a s u r e s o f s e c u r i t y a n d p r o t e c t i o n i n k i n d s o f b a g - t y p e d u s t c o l l e c t i n g e q u i p m e n t , a p r i m a r y s c h e m e o f a s i mp l e - s t r u c t u r e d a n d c o n v e n i e n t - m a i n t a i n s e c t i o n a l r e v e r s e b l o w d u s t c o l l e c t i n g e q u i p m e n t i s d e s i g n e d f o r 5 0 m w g e n e r a t e e l e c t r i c i t y s e t s . t h e s t r u c t u r e o f e v e r y p a r t i s a l s o o p t i m i z e d . t h e p r o p o r t i o n a l d i s t r i b u t i o n o f g a s w h e n e n t e r s e q u i p m e n t i s o n e o f t h e k e y f a c t o r s f o r t h e e f f i c i e n t o f d u s t c o l l e c t i n g e q u i p m e n t a n d t h e l i f e o f b a g . t o d e s i g n a i r fl o w b o a r d s f o r m a k i n g a i r fl o w d i s t r i b u t e p r o p o r t i o n a l l y , a d e e p r e s e a r c h i s m a d e o n a i r fl o w d i s t r i b u t i o n i n t h e e n t r a n c e o f t h e e q u i p m e n t , a n d f l u e n t s o f t w a r e i s u s e d t o s i m u l a t e t h e a i r fl o w d i s t r i b u t i o n b e f o r e a n d a f t e r t h e a i r fl o w d i s t r i b u t i o n b o a r d i n t h e g a s - i n b o x . t h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e a i r fl o w d i s t r i b u t i o n i s m o r e p r o p o r t i o n a l a f t e r p u t t i n g t h e a i r fl o w - d i s t r i b u t i o n b o a r d i n t h e g a s - i n b o x . i t p r o v i d e s a r e l i a b l e f o u n d a t i o n a n d b e s t s c h e m e f o r p u t t i n g a i r fl o w b o a r d s i n r i g h t p l a c e a n d c h o o s i n g t h e s i z e o f a p e r t u r e . z h e n g h u i ( m e c h a n i c a l a n d e l e c t r o n i c e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y p r o f . c h a n g l i a n s h e n g k e y wo r d s : b a g - t y p e d u s t c o l l e c t i n g e q u i p m e n t , f i l t e r m a t e r i a l , s y s t e m d e s i g n , a i r fl o w d i s t r i b u t i o n , n u m e r i c a l s i m u l a t i o n .创匕o口 尸明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 火电) 一 袋式除尘设备的机理分析 与 总体方案设计 ， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进1 j : 的研究 工作和取得的研究成果。 据本人所知， 除了文中特别加以 标注和致谢之处外， 论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得华北电力大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名:日期: 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以 采用影印、 缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以学术交流为 目 的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以 用不同方式在不同 媒体上发表、 传播 学位论文的全部或部分内容。 o p 密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名:导师签名: 日期:日期: 华北电力大学硕十学位论文 第一章绪论 本章主要介绍了课题选题的背景以及袋式除尘设备在国内外的发展现状，提出 了本课题的研究意义及主要研究内容。 1 . 飞 选题的背景和意义 我国是世界上使用嫩煤锅炉数量最多的国家，年排放粉尘约 1 5 0 0 万吨，s 0 .z 约 1 0 0 0 万吨。燃煤锅炉是我国大气环境最主要的污染源。 燃煤锅炉排放的粉尘3 0 % 是p m 1 0以下的粉尘， 这些粉尘悬浮在大气中， 严重影 响着大气环境质量。 尤其是其中p m 2 . 5 以下的粉尘， 在医学上被称为“ 可吸入粉尘” ， 对人类健康危害极大。有效治理燃煤锅炉烟气粉尘污染，是提高我国大气环境质量 和人类健康水平的关键。 为了改善大气质量，我国已再次修改大气环境质量标准， 火电厂大气污染物 排放标准( g b 1 3 2 2 3 - 2 0 0 3 ) 规定电厂锅炉烟尘排放浓度不得超过5 0 m g / m o 新标准 的实施，必将推动我国大气环境质量水平进入国际先进行列，也将赋予环保工作者 以新的责任和使命。 从目前的技术看，可选择的主要烟气净化设备是电除尘设备和袋式除尘设备。 由于电除尘设备受锅炉工况和负荷变化的影响较大，同时粉尘比电阻变化以及粉尘 的其他特性在很大程度上影响电除尘设备的除尘效率，常规的电除尘设备已很难满 足新标准中电厂锅炉烟尘排放浓度不得超过5 0 m g / m ， 的要求。 目 前， 部分发达国家( 如 澳大利亚、美国等) 己逐步将电除尘设备改为袋式除尘设备。可见，在燃煤电厂采 用袋式除尘设备将成为首选【2 。 与电除尘设备相比，袋式除尘设备在处理高含尘浓度的烟气时仍具有很高的除 尘效率，一般可达9 9 . 9 9 %以上，排放烟尘浓度小于5 0 m g / m 3 ，甚至可达到 1 0 m g / m 3 左右。袋式除尘设备对捕集细粒尘更有效，尤其是对p m 2 . 5 以下的粉尘也有很好的 捕集效果。另外，与脱硫装置配套使用还可以提高脱硫效率 2 0 % ，环保效用十分显 著3 。而且随着技术的快速发展，袋式除尘设备在综合使用成本 ( 包括投资、占地 面积、运行、维护费用等)和运行可靠性两大方面也比电除尘设备有着显著优势， 在国际上己逐渐取代了电除尘设备的主导地位。 在我国现阶段，钢铁、水泥、化工、有色冶金工业等许多行业都广泛采用了袋 式除尘设备。尤其是在各种产业领域的中小规模设施上，采用袋式除尘设备更为广 泛，效果良好。我国的火电厂大型燃煤锅炉除尘，是高效除尘设备的巨大市场。由 于种种原因，我国的袋式除尘设备在这个市场还未打开局面。而国外发达国家火电 厂燃煤锅炉除尘、脱硫，袋式除尘设备占有相当的份额。我国火力发电中锅炉烟尘 华北电力大学硕十学位论文 第一章绪论 本章主要介绍了课题选题的背景以及袋式除尘设备在国内外的发展现状，提出 了本课题的研究意义及主要研究内容。 1 . 飞 选题的背景和意义 我国是世界上使用嫩煤锅炉数量最多的国家，年排放粉尘约 1 5 0 0 万吨，s 0 .z 约 1 0 0 0 万吨。燃煤锅炉是我国大气环境最主要的污染源。 燃煤锅炉排放的粉尘3 0 % 是p m 1 0以下的粉尘， 这些粉尘悬浮在大气中， 严重影 响着大气环境质量。 尤其是其中p m 2 . 5 以下的粉尘， 在医学上被称为“ 可吸入粉尘” ， 对人类健康危害极大。有效治理燃煤锅炉烟气粉尘污染，是提高我国大气环境质量 和人类健康水平的关键。 为了改善大气质量，我国已再次修改大气环境质量标准， 火电厂大气污染物 排放标准( g b 1 3 2 2 3 - 2 0 0 3 ) 规定电厂锅炉烟尘排放浓度不得超过5 0 m g / m o 新标准 的实施，必将推动我国大气环境质量水平进入国际先进行列，也将赋予环保工作者 以新的责任和使命。 从目前的技术看，可选择的主要烟气净化设备是电除尘设备和袋式除尘设备。 由于电除尘设备受锅炉工况和负荷变化的影响较大，同时粉尘比电阻变化以及粉尘 的其他特性在很大程度上影响电除尘设备的除尘效率，常规的电除尘设备已很难满 足新标准中电厂锅炉烟尘排放浓度不得超过5 0 m g / m ， 的要求。 目 前， 部分发达国家( 如 澳大利亚、美国等) 己逐步将电除尘设备改为袋式除尘设备。可见，在燃煤电厂采 用袋式除尘设备将成为首选【2 。 与电除尘设备相比，袋式除尘设备在处理高含尘浓度的烟气时仍具有很高的除 尘效率，一般可达9 9 . 9 9 %以上，排放烟尘浓度小于5 0 m g / m 3 ，甚至可达到 1 0 m g / m 3 左右。袋式除尘设备对捕集细粒尘更有效，尤其是对p m 2 . 5 以下的粉尘也有很好的 捕集效果。另外，与脱硫装置配套使用还可以提高脱硫效率 2 0 % ，环保效用十分显 著3 。而且随着技术的快速发展，袋式除尘设备在综合使用成本 ( 包括投资、占地 面积、运行、维护费用等)和运行可靠性两大方面也比电除尘设备有着显著优势， 在国际上己逐渐取代了电除尘设备的主导地位。 在我国现阶段，钢铁、水泥、化工、有色冶金工业等许多行业都广泛采用了袋 式除尘设备。尤其是在各种产业领域的中小规模设施上，采用袋式除尘设备更为广 泛，效果良好。我国的火电厂大型燃煤锅炉除尘，是高效除尘设备的巨大市场。由 于种种原因，我国的袋式除尘设备在这个市场还未打开局面。而国外发达国家火电 厂燃煤锅炉除尘、脱硫，袋式除尘设备占有相当的份额。我国火力发电中锅炉烟尘 华北电力人学硕十学位论文 的排放是环境主要污染源之 一 ， 开发适合火电厂需要的除尘效率高、 运行稳定可靠、 结构简单、操作维护方便的袋式除尘设备将具有广阔的市场前景1 。 袋式除尘设备在我国电厂的应用经历了艰难的发展历程， 1 9 7 9 年前后国内有五 个电厂开始使用袋式除尘设备， 两三年后均因滤料损坏而先后拆除。1 9 9 3 年上海杨 树浦电厂再次使用澳大利亚的袋式除尘设备， 但再次遭到拆除。 2 0 0 1 年，内蒙占 丰 泰电厂2 x 2 0 0 m w 机组使用德国的脉冲袋式除尘设备， 反应良 好; i 。 之后在河南焦作 和郑州电厂采用了我国自制和仿制的袋式除尘设备，但仍存在一些问题。2 0 0 3 年， 呼和浩特科林热电有限公司6号机组静电除尘设备由哈尔滨工业大学环保科技股份 有限公司改造为袋式除尘设备，取得了较好的效果。 2 0 0 4 年7 月在焦作召开的国家8 6 3 课题示范工程投运信息发布会暨燃煤电厂锅 炉烟气袋式除尘技术交流会上提出，袋式除尘技术和设备将在我国大型燃煤电厂推 广和应用。 综上所述，研究和开发适合我国燃煤电厂需要与环境保护要求的袋式除尘设备 具有重要的理论意义和应用价值。 虽 1 . 2 国内外发展现状 工业发达国家从2 0 世纪 7 0 年代j 始将袋式除尘设备用于火电厂的烟气净化， 由于这些国家的烟尘排放要求日趋严格，袋式除尘设备的进一步发展，特别是滤袋 材质的发展，使滤袋寿命得到延长，使袋式除尘设备得到较广泛的应用。如美国到 1 9 8 9 年底已 有9 9 套袋式除尘设备用于火电厂的烟气除尘。日本、德国、加拿大、 澳大利亚和韩国等也纷纷将静电除尘设备改为袋式除尘设备，特别是在澳大利亚， 当排放标准提高后，原有的电除尘设备不能满足要求，所以多家电厂将电除尘设备 改造成为袋式除尘设备，新建电厂则均采用了袋式除尘设备，如澳大利亚新南威尔 士洲 2 0台燃煤机组中，1 8台采用了袋式除尘设备，总装机容量超过 l 0 0 0 0 m w ，使 电厂烟尘的排放量大大降低。其中最大的是l i d d e l l 电厂4 台5 0 0 m w 机组使用的脉 冲袋式除尘设备。由此可见，在国外袋式除尘设备己成为燃煤电厂烟气除尘的首选 技术t . ， 口 目 前，美国所应用的除尘设备中约 5 0 %为袋式除尘设备，排放标准4 0 m g / m ; 澳大利亚约8 0 %以上为袋式除尘设备，排放标准8 0 m g / m ;德国约6 0 %为袋式除尘 设备，排放标准5 0 m g / m o 我国燃煤电厂烟气除尘使用袋式除尘设备起源于2 0 世纪8 0 年代初，曾在一些 电厂的小型燃煤机组上使用，由于当时的客观条件限制，袋式除尘设备的发展受到 阻碍。其原因，一是当时的火电厂烟尘排放在环保上没有要求;二是袋式除尘设备 当时的整体水平较落后，性能可靠、效率高的大型袋式除尘设备还未开发出来，也 华北电力人学硕十学位论文 的排放是环境主要污染源之 一 ， 开发适合火电厂需要的除尘效率高、 运行稳定可靠、 结构简单、操作维护方便的袋式除尘设备将具有广阔的市场前景1 。 袋式除尘设备在我国电厂的应用经历了艰难的发展历程， 1 9 7 9 年前后国内有五 个电厂开始使用袋式除尘设备， 两三年后均因滤料损坏而先后拆除。1 9 9 3 年上海杨 树浦电厂再次使用澳大利亚的袋式除尘设备， 但再次遭到拆除。 2 0 0 1 年，内蒙占 丰 泰电厂2 x 2 0 0 m w 机组使用德国的脉冲袋式除尘设备， 反应良 好; i 。 之后在河南焦作 和郑州电厂采用了我国自制和仿制的袋式除尘设备，但仍存在一些问题。2 0 0 3 年， 呼和浩特科林热电有限公司6号机组静电除尘设备由哈尔滨工业大学环保科技股份 有限公司改造为袋式除尘设备，取得了较好的效果。 2 0 0 4 年7 月在焦作召开的国家8 6 3 课题示范工程投运信息发布会暨燃煤电厂锅 炉烟气袋式除尘技术交流会上提出，袋式除尘技术和设备将在我国大型燃煤电厂推 广和应用。 综上所述，研究和开发适合我国燃煤电厂需要与环境保护要求的袋式除尘设备 具有重要的理论意义和应用价值。 虽 1 . 2 国内外发展现状 工业发达国家从2 0 世纪 7 0 年代j 始将袋式除尘设备用于火电厂的烟气净化， 由于这些国家的烟尘排放要求日趋严格，袋式除尘设备的进一步发展，特别是滤袋 材质的发展，使滤袋寿命得到延长，使袋式除尘设备得到较广泛的应用。如美国到 1 9 8 9 年底已 有9 9 套袋式除尘设备用于火电厂的烟气除尘。日本、德国、加拿大、 澳大利亚和韩国等也纷纷将静电除尘设备改为袋式除尘设备，特别是在澳大利亚， 当排放标准提高后，原有的电除尘设备不能满足要求，所以多家电厂将电除尘设备 改造成为袋式除尘设备，新建电厂则均采用了袋式除尘设备，如澳大利亚新南威尔 士洲 2 0台燃煤机组中，1 8台采用了袋式除尘设备，总装机容量超过 l 0 0 0 0 m w ，使 电厂烟尘的排放量大大降低。其中最大的是l i d d e l l 电厂4 台5 0 0 m w 机组使用的脉 冲袋式除尘设备。由此可见，在国外袋式除尘设备己成为燃煤电厂烟气除尘的首选 技术t . ， 口 目 前，美国所应用的除尘设备中约 5 0 %为袋式除尘设备，排放标准4 0 m g / m ; 澳大利亚约8 0 %以上为袋式除尘设备，排放标准8 0 m g / m ;德国约6 0 %为袋式除尘 设备，排放标准5 0 m g / m o 我国燃煤电厂烟气除尘使用袋式除尘设备起源于2 0 世纪8 0 年代初，曾在一些 电厂的小型燃煤机组上使用，由于当时的客观条件限制，袋式除尘设备的发展受到 阻碍。其原因，一是当时的火电厂烟尘排放在环保上没有要求;二是袋式除尘设备 当时的整体水平较落后，性能可靠、效率高的大型袋式除尘设备还未开发出来，也 华北电力大学硕 学位论文 没有适合我国燃煤电厂的强度好、耐高温、耐腐蚀、寿命长的滤料，其它部件的加 工和安装也不精良;二是对袋式除尘设备的认识和使用经验不够，因此出现了 “ 烧 袋”、“ 糊袋”、 “ 漏袋”和 “ 清灰不灵”等现象川 。 9 0 年代后，在引进国外先进 技术，总结国内袋式除尘设备技术在燃煤锅炉上应用的经验，经过改进、创新，设 计解决了一些技术上的问题，袋式除尘设备在国内得到了一定的发展和应用，但在 技术方面还不够成熟。 在我国早期的布袋除尘应用中，反吹风袋式除尘设备应用较多，我国八十年代 引进日本技术为主建设的宝山钢铁公司除尘设备就属于大型反吹风袋式除尘设备。 在工业现场应用一段时间后经常出现设备阻力居高不下、除尘效率下降、换袋维修 困难等问题。 与此同时，属于强力清灰的脉冲袋式除尘技术进步很快，克服了反吹风袋式除 尘设备的诸多缺点，自 8 0年代后期开始，脉冲袋式除尘设备成为主流。国内外新 建的袋式除尘设备系统基本上均采用脉冲袋式除尘设备。许多厂家将使用效果不佳 的反吹风袋式除尘设备或静电除尘设备纷纷改造为脉冲袋式除尘设备们 。 脉冲高压反吹袋式除尘设备解决了常压反吹风布袋除尘设备中清灰不彻底，效 果不理想，除尘效率提高幅度小，换袋维修困难等问题。但在其他方面也付出了相 应的代价，因为脉冲高压喷吹的作用，滤袋长时间受到大的冲击力的作用，反复作 用于内骨架和高压风之间，疲劳断裂明显，大幅减少滤袋寿命，致使换袋频繁，维 护费用加大。另外，喷吹技术一般设计导流文氏管，每一个布袋都对应着一个高压 喷嘴，设备加工复杂，造价高。同时，高压喷吹利用压缩空气，空气压缩机、脉冲 阀等辅助设备也是一个不可忽略的投资。总体上讲，脉冲高压反吹一次性投资费用 大，运行维护费用高。 因此，设计研究一种结构简单、维护方便的袋式除尘设备将对我国燃煤电厂环 境保护方面起到积极的作用。 妇. 3 课题的关键技术与研究内容 1 . 3 ， ， 关键技术 在综合考虑了多种类型袋式除尘设备的优 电厂 5 0 m w发电机组，设计了结构简单、维护 其关键技术为: 点与不足的基础上，本课题针对燃煤 方便的分室定位反吹袋式除尘设备， 1 、在分析袋式除尘设备过滤机理和各种清灰方式的基础上，确定除尘设备的 结构方案。 2 、根据燃煤锅炉的运行工况和烟气特性参数合理地设计袋式除尘设备各部分 结构的基本尺寸。 华北电力大学硕 学位论文 没有适合我国燃煤电厂的强度好、耐高温、耐腐蚀、寿命长的滤料，其它部件的加 工和安装也不精良;二是对袋式除尘设备的认识和使用经验不够，因此出现了 “ 烧 袋”、“ 糊袋”、 “ 漏袋”和 “ 清灰不灵”等现象川 。 9 0 年代后，在引进国外先进 技术，总结国内袋式除尘设备技术在燃煤锅炉上应用的经验，经过改进、创新，设 计解决了一些技术上的问题，袋式除尘设备在国内得到了一定的发展和应用，但在 技术方面还不够成熟。 在我国早期的布袋除尘应用中，反吹风袋式除尘设备应用较多，我国八十年代 引进日本技术为主建设的宝山钢铁公司除尘设备就属于大型反吹风袋式除尘设备。 在工业现场应用一段时间后经常出现设备阻力居高不下、除尘效率下降、换袋维修 困难等问题。 与此同时，属于强力清灰的脉冲袋式除尘技术进步很快，克服了反吹风袋式除 尘设备的诸多缺点，自 8 0年代后期开始，脉冲袋式除尘设备成为主流。国内外新 建的袋式除尘设备系统基本上均采用脉冲袋式除尘设备。许多厂家将使用效果不佳 的反吹风袋式除尘设备或静电除尘设备纷纷改造为脉冲袋式除尘设备们 。 脉冲高压反吹袋式除尘设备解决了常压反吹风布袋除尘设备中清灰不彻底，效 果不理想，除尘效率提高幅度小，换袋维修困难等问题。但在其他方面也付出了相 应的代价，因为脉冲高压喷吹的作用，滤袋长时间受到大的冲击力的作用，反复作 用于内骨架和高压风之间，疲劳断裂明显，大幅减少滤袋寿命，致使换袋频繁，维 护费用加大。另外，喷吹技术一般设计导流文氏管，每一个布袋都对应着一个高压 喷嘴，设备加工复杂，造价高。同时，高压喷吹利用压缩空气，空气压缩机、脉冲 阀等辅助设备也是一个不可忽略的投资。总体上讲，脉冲高压反吹一次性投资费用 大，运行维护费用高。 因此，设计研究一种结构简单、维护方便的袋式除尘设备将对我国燃煤电厂环 境保护方面起到积极的作用。 妇. 3 课题的关键技术与研究内容 1 . 3 ， ， 关键技术 在综合考虑了多种类型袋式除尘设备的优 电厂 5 0 m w发电机组，设计了结构简单、维护 其关键技术为: 点与不足的基础上，本课题针对燃煤 方便的分室定位反吹袋式除尘设备， 1 、在分析袋式除尘设备过滤机理和各种清灰方式的基础上，确定除尘设备的 结构方案。 2 、根据燃煤锅炉的运行工况和烟气特性参数合理地设计袋式除尘设备各部分 结构的基本尺寸。 华北电力大学硕 学位论文 没有适合我国燃煤电厂的强度好、耐高温、耐腐蚀、寿命长的滤料，其它部件的加 工和安装也不精良;二是对袋式除尘设备的认识和使用经验不够，因此出现了 “ 烧 袋”、“ 糊袋”、 “ 漏袋”和 “ 清灰不灵”等现象川 。 9 0 年代后，在引进国外先进 技术，总结国内袋式除尘设备技术在燃煤锅炉上应用的经验，经过改进、创新，设 计解决了一些技术上的问题，袋式除尘设备在国内得到了一定的发展和应用，但在 技术方面还不够成熟。 在我国早期的布袋除尘应用中，反吹风袋式除尘设备应用较多，我国八十年代 引进日本技术为主建设的宝山钢铁公司除尘设备就属于大型反吹风袋式除尘设备。 在工业现场应用一段时间后经常出现设备阻力居高不下、除尘效率下降、换袋维修 困难等问题。 与此同时，属于强力清灰的脉冲袋式除尘技术进步很快，克服了反吹风袋式除 尘设备的诸多缺点，自 8 0年代后期开始，脉冲袋式除尘设备成为主流。国内外新 建的袋式除尘设备系统基本上均采用脉冲袋式除尘设备。许多厂家将使用效果不佳 的反吹风袋式除尘设备或静电除尘设备纷纷改造为脉冲袋式除尘设备们 。 脉冲高压反吹袋式除尘设备解决了常压反吹风布袋除尘设备中清灰不彻底，效 果不理想，除尘效率提高幅度小，换袋维修困难等问题。但在其他方面也付出了相 应的代价，因为脉冲高压喷吹的作用，滤袋长时间受到大的冲击力的作用，反复作 用于内骨架和高压风之间，疲劳断裂明显，大幅减少滤袋寿命，致使换袋频繁，维 护费用加大。另外，喷吹技术一般设计导流文氏管，每一个布袋都对应着一个高压 喷嘴，设备加工复杂，造价高。同时，高压喷吹利用压缩空气，空气压缩机、脉冲 阀等辅助设备也是一个不可忽略的投资。总体上讲，脉冲高压反吹一次性投资费用 大，运行维护费用高。 因此，设计研究一种结构简单、维护方便的袋式除尘设备将对我国燃煤电厂环 境保护方面起到积极的作用。 妇. 3 课题的关键技术与研究内容 1 . 3 ， ， 关键技术 在综合考虑了多种类型袋式除尘设备的优 电厂 5 0 m w发电机组，设计了结构简单、维护 其关键技术为: 点与不足的基础上，本课题针对燃煤 方便的分室定位反吹袋式除尘设备， 1 、在分析袋式除尘设备过滤机理和各种清灰方式的基础上，确定除尘设备的 结构方案。 2 、根据燃煤锅炉的运行工况和烟气特性参数合理地设计袋式除尘设备各部分 结构的基本尺寸。 华北电力人学硕十学位沦文 3 ,袋式除尘设备的最大缺点是需要更换滤袋，根据含尘气体的特性和清灰方 式合理选用滤料，以有效地提高滤袋的使用寿命，减少运行费用和维护工作量。 4 、对清灰系统进行优化设计，以采用简单的结构获得良好的清灰效果，减少 清灰次数，提高滤袋的使用寿命。 5 、设计合理的设备组合形式，使之能够在正常运行状态下进行检修，并能够 通过改变组合形式来适应燃煤电厂不同机组烟气净化的需要。 6 、对烟气进入除尘设备时的气流分布状况进行分析研究，通过模拟试验的方 法来确定气流分布板的板型，使气流分布均匀，提高袋式除尘设备的效率。 3 . 2 主要研究内容 、对现有袋式除尘设备各种结构形式进行分析研究，总结其优缺点，确定适 合燃煤电厂的设备结构形式; 分析滤料的过滤机理，并对各种类型滤料进行分析研究，选择合适的滤料; 分析除尘设备各部分的结构和原理，并进行优化设计; 确定除尘设备各部分基本结构尺寸，画出设备结构总图; 计算除尘系统管道阻力，并介绍风机选型的方法: 利用数值模拟软件对除尘设备进口处的气流分布状况进行模拟实验，确定 、 q乙gdd月二门6 气流分布板的板型，以提供合理的设计方案。 华北电力人学硕十学位沦文 3 ,袋式除尘设备的最大缺点是需要更换滤袋，根据含尘气体的特性和清灰方 式合理选用滤料，以有效地提高滤袋的使用寿命，减少运行费用和维护工作量。 4 、对清灰系统进行优化设计，以采用简单的结构获得良好的清灰效果，减少 清灰次数，提高滤袋的使用寿命。 5 、设计合理的设备组合形式，使之能够在正常运行状态下进行检修，并能够 通过改变组合形式来适应燃煤电厂不同机组烟气净化的需要。 6 、对烟气进入除尘设备时的气流分布状况进行分析研究，通过模拟试验的方 法来确定气流分布板的板型，使气流分布均匀，提高袋式除尘设备的效率。 3 . 2 主要研究内容 、对现有袋式除尘设备各种结构形式进行分析研究，总结其优缺点，确定适 合燃煤电厂的设备结构形式; 分析滤料的过滤机理，并对各种类型滤料进行分析研究，选择合适的滤料; 分析除尘设备各部分的结构和原理，并进行优化设计; 确定除尘设备各部分基本结构尺寸，画出设备结构总图; 计算除尘系统管道阻力，并介绍风机选型的方法: 利用数值模拟软件对除尘设备进口处的气流分布状况进行模拟实验，确定 、 q乙gdd月二门6 气流分布板的板型，以提供合理的设计方案。 华北电力大学硕十学位论文 第二章 袋式除尘设备简介 夸 2 . 1 袋式除尘设备的分类9 1 典型的除尘设备由尘气室、净气室、 在除尘设备中，袋式除尘设备种类最多， 滤袋、清灰装置、卸灰装置五部分组成。 根据其特点可进行不同分类。 2 . 1 . 1按清灰方式分类 清灰是袋式除尘设备能长期持续工作的决定性要素。清灰的基本要求是从滤袋 上迅速而均匀地剥落沉积的粉尘，同时通常又要求能保持一定的一次粉尘层.并且 不损伤滤袋和消耗较少的动力。清灰方式的特征是袋式除尘设备分类的主要依据。 袋式除尘设备按清灰方式的不同可分为:机械振动式、逆气流清灰式、脉冲喷 吹式、气环反吹式及复合清灰式。 1 . 机械式振打利用机械装置振打或摇动悬吊滤袋的框架，使滤袋产生振动而 清落积灰。它包括人工振打、机械振打和高频振动等方式。 图2 - l a 是水平方向振打，通常在上部振打，也可在中部振打。图2 - l b 是垂直 方向振打， 也可利用偏心轮高速旋转造成较高频率的振动取得。 前者清灰效果较好， 但对滤袋( 特别是袋口连接处) 损坏较严重; 后者清灰强度较弱。 但对滤袋损害较轻。 图2 - 1 。 是采用高频振动形式。也有将几种运动复合在一起的振动方式。图2 - l d 是 通过一个转动的偏心轴和摇杆的作用，使振动圆管左右往复地旋转运动，导致滤袋 上下、左右摇动。 钧义 辉竹 1 5 2 2 二 卿基 。异目直一 rlll、-11 月峥j人1 了.户j. 1吐几，. 留 2l 机 械 振 打 清灰 、 )水f振i l 卜 ，10 , 八拆打r r快速振封d s 1 份3 1 振动清灰时要求停止过滤，因而常常将除尘设备分隔成若干袋窒，顺次逐室清 华北电力大学硕十学位论文 第二章 袋式除尘设备简介 夸 2 . 1 袋式除尘设备的分类9 1 典型的除尘设备由尘气室、净气室、 在除尘设备中，袋式除尘设备种类最多， 滤袋、清灰装置、卸灰装置五部分组成。 根据其特点可进行不同分类。 2 . 1 . 1按清灰方式分类 清灰是袋式除尘设备能长期持续工作的决定性要素。清灰的基本要求是从滤袋 上迅速而均匀地剥落沉积的粉尘，同时通常又要求能保持一定的一次粉尘层.并且 不损伤滤袋和消耗较少的动力。清灰方式的特征是袋式除尘设备分类的主要依据。 袋式除尘设备按清灰方式的不同可分为:机械振动式、逆气流清灰式、脉冲喷 吹式、气环反吹式及复合清灰式。 1 . 机械式振打利用机械装置振打或摇动悬吊滤袋的框架，使滤袋产生振动而 清落积灰。它包括人工振打、机械振打和高频振动等方式。 图2 - l a 是水平方向振打，通常在上部振打，也可在中部振打。图2 - l b 是垂直 方向振打， 也可利用偏心轮高速旋转造成较高频率的振动取得。 前者清灰效果较好， 但对滤袋( 特别是袋口连接处) 损坏较严重; 后者清灰强度较弱。 但对滤袋损害较轻。 图2 - 1 。 是采用高频振动形式。也有将几种运动复合在一起的振动方式。图2 - l d 是 通过一个转动的偏心轴和摇杆的作用，使振动圆管左右往复地旋转运动，导致滤袋 上下、左右摇动。 钧义 辉竹 1 5 2 2 二 卿基 。异目直一 rlll、-11 月峥j人1 了.户j. 1吐几，. 留 2l 机 械 振 打 清灰 、 )水f振i l 卜 ，10 , 八拆打r r快速振封d s 1 份3 1 振动清灰时要求停止过滤，因而常常将除尘设备分隔成若干袋窒，顺次逐室清 华北电力大学硕 t 学位论文 灰，以保持除尘设备的连续运转。 机械清灰方式的机械结构简单，运转可靠，但清灰作用较弱，而且往往损伤滤 袋。日前采用这种方式的越来越少。 2 ， 逆气流清灰逆气流清灰是利用与过滤气流相反的气流， 使滤袋产生变形并 使之产生振动而使粉尘层脱落。图2 - 2 是一种逆气流清灰示意图。反向气流的作用 只是引起附着于滤袋表面的粉尘脱落的原因之一，更主要的是滤袋变形导致粉尘层 脱落。 逆气流清灰也多采用分室工作制，利用阀门自动开闭。逐室地产生反向气流。 反向气流可由系统主风机供给，或由专设的反吸( 吹) 风机供给。逆气流清灰在整个 滤袋上的气流分布较均匀，振动不剧烈，对滤袋的损伤较小，但清灰作用较弱，因 而允许的过滤风速较低。 某些逆气流清灰装置设有产生脉动作用的机械结构( 如自动开、闭阀门) ，便可 给反向气流以脉动作用，从而会增加清灰能力。若采用部分滤袋逐次清灰时，则不 采用分室结构。 逆气流清灰有反吹风、反吸风及机械回转反吹几种方式。 3 . 脉冲喷吹清灰将压缩空气在极短的时间内( 不超过0 . 2 s ) 高速喷入滤袋， 同 时诱导数倍子喷射气量的空气，使滤袋由袋口 至底部产生急剧的膨胀和冲击振动， 产生很强的清落积灰的作用( 见图2 - 3 ) . 吕口 脉冲例 净 c s ,密封s , 板 , : :t 叫 is 娥叫 川灰叫 圈22 逆气流清灰方式 心 过淦 6 i反吹曰 沉降图2 3 脉冲清灰原理示愈图 在滤袋袋口大多装有引射器加强诱导作用，也有不装引射器，直接利用袋口起 引射作用的。 华北电力人学硕 卜 学位论文 根据脉冲喷吹气流与净化气流前方向异同，有逆喷与顺喷两种方式。逆喷式为 两股气流方向相反，净化后的气流由袋i 排出;顺喷式为两股气流方向一致，净化 后的气流由滤袋底部排出。 喷吹时，因为是依次逐排地对滤袋清灰，而且喷吹时(dl很短，被清灰的滤袋虽 然不起过滤作用，但其占总滤袋的比例很小，几乎可以将过滤看作是连续的，因此 通常不采取分室结构。脉冲喷吹清灰作用很强，而且其强度和频率都可以调节，清 灰效果很好，可以允许采用较高过滤风速。 脉冲喷吹清灰也有做成分室结构，称作气箱脉冲喷吹。其特点是将滤袋分成若 干组，将滤袋上方的净气箱按各组分隔形成分室，袋口不设引射器。清灰时，关闭 排气口阀门，从一侧向分室喷射脉冲气流，气流从分室进入滤袋，达到清灰目的， 清灰按室顺序逐步进行。 4喷嘴反吹清灰一个带狭缝的圆环或平板喷嘴设置在滤袋的外侧与高压风 机管道相接。喷嘴贴近滤袋的表面作上下或左右往复运动，由其上正对滤布表面的 狭缝喷出高速气流，清除附着于滤袋内侧的粉尘层。此时滤袋的其余部分仍处于全 负荷运行中，这种清灰方式可使除尘器保持连续运行。 喷嘴反向射流的清灰能力较强，因此，允许采用较高的过滤风速。但其清灰装 置较复杂，费用高，且容易损伤滤袋。 2 . 1 . 2按滤袋形状分类 1 . 圆袋大多数袋式除尘器都采用圆形滤袋。圆袋受力均匀，支撑骨架及连接 简单， 清灰所需动力较小， 检查 维护方便。 圆形滤袋直径通常采用巾 1 2 0 - q 3 0 0 m m o袋长 2 一i o m o 袋径过小，气流的流动受影响; 过大则受滤料幅宽和加工制作 的限制。 增加滤袋长度， 可节约 占地面积， 但过长会影响脉冲喷 吹式、 机械回转反吹袋式除尘器 清灰效果， 同时， 也会增加滤袋 顶部的张力，使该处易于破损。 2 、 扁袋扁袋通常呈平板 形，一般宽约 0 . 5 -1 . 5 m ，长约 1 - 2 m ，厚度 以及滤袋间距为 f.- - r-tr- 0 lj一一， 皿 ， - - i ct_ 一j. ir 面 币二 (l 阅 . . i l戒 盯力 一 一 一一 黔支 撑 i y 架的m ii 图z 4 滤袋形状与过滤方向 2 5 -5 0 m 。扁袋内部设有骨架( 或弹簧) 支撑( 见图2 - 4 ) . 一 7 一 华北电力人学硕 卜 学位论文 根据脉冲喷吹气流与净化气流前方向异同，有逆喷与顺喷两种方式。逆喷式为 两股气流方向相反，净化后的气流由袋i 排出;顺喷式为两股气流方向一致，净化 后的气流由滤袋底部排出。 喷吹时，因为是依次逐排地对滤袋清灰，而且喷吹时(dl很短，被清灰的滤袋虽 然不起过滤作用，但其占总滤袋的比例很小，几乎可以将过滤看作是连续的，因此 通常不采取分室结构。脉冲喷吹清灰作用很强，而且其强度和频率都可以调节，清 灰效果很好，可以允许采用较高过滤风速。 脉冲喷吹清灰也有做成分室结构，称作气箱脉冲喷吹。其特点是将滤袋分成若 干组，将滤袋上方的净气箱按各组分隔形成分室，袋口不设引射器。清灰时，关闭 排气口阀门，从一侧向分室喷射脉冲气流，气流从分室进入滤袋，达到清灰目的， 清灰按室顺序逐步进行。 4喷嘴反吹清灰一个带狭缝的圆环或平板喷嘴设置在滤袋的外侧与高压风 机管道相接。喷嘴贴近滤袋的表面作上下或左右往复运动，由其上正对滤布表面的 狭缝喷出高速气流，清除附着于滤袋内侧的粉尘层。此时滤袋的其余部分仍处于全 负荷运行中，这种清灰方式可使除尘器保持连续运行。 喷嘴反向射流的清灰能力较强，因此，允许采用较高的过滤风速。但其清灰装 置较复杂，费用高，且容易损伤滤袋。 2 . 1 . 2按滤袋形状分类 1 . 圆袋大多数袋式除尘器都采用圆形滤袋。圆袋受力均匀，支撑骨架及连接 简单， 清灰所需动力较小， 检查 维护方便。 圆形滤袋直径通常采用巾 1 2 0 - q 3 0 0 m m o袋长 2 一i o m o 袋径过小，气流的流动受影响; 过大则受滤料幅宽和加工制作 的限制。 增加滤袋长度， 可节约 占地面积， 但过长会影响脉冲喷 吹式、 机械回转反吹袋式除尘器 清灰效果， 同时， 也会增加滤袋 顶部的张力，使该处易于破损。 2 、 扁袋扁袋通常呈平板 形，一般宽约 0 . 5 -1 . 5 m ，长约 1 - 2 m ，厚度 以及滤袋间距为 f.- - r-tr- 0 lj一一， 皿 ， - - i ct_ 一j. ir 面 币二 (l 阅 . . i l戒 盯力 一 一 一一 黔支 撑 i y 架的m ii 图z 4 滤袋形状与过滤方向 2 5 -5 0 m 。扁袋内部设有骨架( 或弹簧) 支撑( 见图2 - 4 ) . 一 7 一 华北电力大学硕十学位论文 扁袋布置紧凑，可在同样体积空间布置较多的过滤面积， 一般能节约空 2 0 % . 4 0 %.f 旦 扁袋结构较复杂，制作要求较高，滤袋之间易被粉尘堵塞。 2 . 1 . 3按滤尘方向分类 1 . 外滤式含尘气体由滤袋外侧向滤袋内侧流动，粉尘被阻留在滤袋外表面， 外滤式可采用圆袋或扁袋，袋内需设置骨架，以防滤袋被吸瘪。脉冲喷吹，高1 k : 气 流反吹等清灰方式多用外滤式。 2 . 内滤式含尘气体由滤袋内侧向滤袋外侧流动，粉尘被阻留在滤袋内侧表 面。内滤式多用于圆袋，机械振打、逆气流、气环反吹等清灰方式多用内滤式。 内滤式因滤袋外侧是清洁气体，当被过滤气体无毒且温度不高时，可以在不停 机情况下进入袋室内检修， 且一般不需支撑骨架。 内滤式圆袋的袋口气流速度较大， 若气流中含有粗颗粒粉尘，则会严重磨损滤袋。 2 . 1 . 4按通风方式分类 1 。 吸出式( 负压式) 除尘设备设在风机负压段， 除尘设备内空气被风机吸出形 成负压，如图 2 - 5 所示。 生 别州. .7卜 - - 一 人尹 、 f 吸出式) 含f ? 0 4 - 人 t ( 矛 卜 人式) 于 图2 一 5吸出式和压入式流程图 吸出式除尘设备必须采取密闭结构。风机吸入的是净化后的气体，因而风机叶 轮的磨损较小，并且不易发生因附着粉尘而产生的喘振等类事故，当用于处理高温 度、有毒性的气体时，除尘设备本身也易于采取保温及防护措施。 2 . 压入式( 正压式) 除尘设备设在风机下压段，含尘气流经风机压入除尘设 备，使除尘设备在正压